SmartMesh 技術

SmartMesh IP?功能概述 -?圖表 1SmartMesh® 嵌入式無線傳感器網絡可實現 >99.999% 的數據可靠性和 >10 年的電池壽命,使得在最具挑戰性的環境中部署無線傳感器網絡變得實際可行:

  • 苛刻的射頻環境,具有大量金屬和混凝土結構,包括工廠、數據中心、商業樓宇監控、橋梁、隧道
  • 大區域網絡,例如街道停車應用、跨越多個城市街區的智能街道照明網絡、商業灌溉
  • 密集部署,其中數千個節點在彼此的無線電射程內工作,例如數據中心、公共設施規模的太陽場
  • 運動車輛上的網絡,包括軌道車輛、貨物集裝箱、半卡車或飛機
  • 長擴展網絡,包括管道、礦井、隧道、橋梁、柵欄線和智能街道照明
  • 遠程監控,其中所有節點都必須通過電池或能量收集進行供電,例如油田、農業或環境監控

SmartMesh 網絡由高度可擴展的自成形多躍點節點網格和網絡管理器構成,這些節點稱為智能微塵,用于收集和中繼數據,網絡管理器用于監控和管理網絡性能和安全,并與主機應用程序交換數據。

SmartMesh 智能微塵和管理器是完整的無線傳感器網絡解決方案。SmartMesh 將時間同步的通道跳躍鏈接層與基于 Analog Devices Eterna® 片內系統技術的硬件結合在一起以實現完整的無線網絡解決方案,該解決方案:

  • 在最具挑戰性的射頻環境中具有 >99.999% 的數據可靠性
  • 具有 >10 年電池壽命,可以在成本最低條件下將傳感器放在任何位置
  • 具有加密、身份驗證和消息完整性檢查功能,保證網絡安全
  • 完整的無線網狀網絡解決方案,不需要進行網絡堆棧開發
LTC5800 Eterna

超低功耗?IEEE 802.15.4E 片內系統平臺

SmartMesh 智能微塵和網絡管理器的核心是 Eterna IEEE 802.15.4e 片內系統 (SoC),它采用 Analog Devices 的高度集成的低功耗 2.4GHz 無線電設計,外加運行 SmartMesh 網絡軟件的 ARM Cortex-M3 32 位微處理器。

SmartMesh 網絡

時間同步、信道跳變通信

SmartMesh網絡使用時間同步通道跳變(TSCH)鏈路層進行通信,這是ADI公司SmartMesh團隊開創的一種技術,也是WirelessHART (IEC62591)和IEEE 802.15.4e等無線Mesh網絡標準的基本構建模塊。在TSCH網絡中,網絡中的所有終端都在數微秒內同步。網絡通信被組織成時隙,以實現低功耗分組交換、成對通道跳變和全路徑分集。

低功耗分組交換

通過使用TSCH,SmartMesh器件可以在計劃通信之間以超低功耗休眠,從而使占空比通常小于1%。網絡管理器利用TSCH以確保:

  • 終端準確地知道何時通信、監聽或休眠
  • 網絡上沒有數據包沖突
  • 每個節點上具有超低功耗,路由節點消耗通常小于50µA

成對通道跳變

時間同步支持在每個發射器-接收器對上進行通道跳變以實現頻率分集。利用SmartMesh網絡:

  • 實現每個分組交換通道跳變,以免發生不可避免的RF干擾
  • 多個傳輸可以同時發生,增加網絡帶寬
  • 網絡可能較為密集且可擴展,而不產生衰減的RF自干擾

全路徑和頻率分集

每個器件都有冗余的路徑以克服由于干擾、物理遮擋或多徑衰落導致的通信中斷。如果一個路徑上的數據包傳輸失敗,智能微塵會自動在下一個可用路徑和不同射頻通道上重試。與其他網狀技術不同,不需要進行既耗費功率又耗費時間的路徑再發現。

SmartMesh 全路徑和頻率分集
路徑和頻率分集 - 如果通信在綠色箭頭處失敗,節點 D 將在紅色箭頭處使用另一個通道重試。


動態網絡優化

SmartMesh 網絡通過自動站點調查始終保持整個網絡周圍射頻環境的概況 – 每個智能微塵跟蹤相關的性能統計數據并定期將這些統計數據以數據包的形式發送給管理器,這些數據包稱為健康報告。網絡管理器使用該數據主動優化網絡性能,以便:

  • 在射頻條件不斷變化的智能微塵之間保持冗余路徑
  • 通過調整智能微塵之間的路由減小系統延遲
  • 通過優化路徑以具有更好的射頻性能來減少流量重試次數
  • 降低總體功耗

采用 128 位加密的安全網格

SmartMesh 網絡是最安全的可用網狀網絡之一。SmartMesh 網絡中的所有流量均通過端到端加密、消息完整性檢查和設備身份驗證進行保護。此外,SmartMesh 網絡管理器包含的應用支持安全加入網絡、密鑰建立和密鑰交換。這些安全功能提供:

功能 優勢
設備身份驗證 請從三個越來越強的設備身份驗證級別中進行選擇
加密 128 位基于 AES 的加密,具有多個密鑰,確保數據的隱私性和保密性
消息完整性檢查 (MIC) 傳輸的數據通過消息身份驗證代碼進行保護,以確保未被篡改
同步密鑰轉換 整個網絡自動轉換為新的加密密鑰
自定義密鑰旋轉 客戶決定網絡更換密鑰的頻率,用額外的網絡流量換取額外的安全性

標準和產業聯盟

Analog Devices 致力于研發基于標準的無線傳感器網絡,并參與各種標準組織和聯盟以促進基于標準的 WSN 的開發和使用。我們支持?IEEE、IETF、IEC?和 WirelessHART。

標準和產業聯盟